[发明专利]一种基于近红外单光子探测器的BOTDR测量方法

说明书

本发明公开了一种基于近红外单光子探测器的BOTDR测量方法，其包括以下步骤：步骤一，利用单光子探测与F‑P扫描方法相结合；步骤二，采用光脉冲信号、F‑P扫描干涉驱动信号、单光子探测器触发信号，这三信号同步执行的解决方案；步骤三，实现同时对光纤温度和应变的同时检测，即通过探测布里渊散射光功率和频移量；步骤四，获取传感光纤所受的温度和应变信息。本发明实现了人机交互功能，并可以因地制宜调整系统的各项参数，例如调制光脉冲的重复频率、调制脉宽、F‑P的扫描周期，使整个系统实现人工智能功能化，现代化，使其在当前的光纤通信领域具有较大的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种BOTDR测量方法，特别是涉及一种基于近红外单光子探测器的BOTDR测量方法。

背景技术

分布式光纤传感，利用激光在光纤中传播产生的后向散射现象，在通讯、遥感、航空航天及军事侦察等诸多国防民用领域有着广阔的应用前景。分布式传感方法具体可分为三大类：基于瑞丽散射的分布式传感、基于布里渊散射的分布式传感、基于拉曼散射的传感，满足不同方面，不同测量精度范围的应用需求。其中基于布里渊散射的分布式光纤传感方法，是当光信号进入光纤后，在光纤材料的分子中将伴随有微小振动的存在，从而导致光纤的内部结构发生改变，使折射率呈周期性分布，同时引起一个自发的声场。于是在声场的作用下光纤中传播的入射光波将产生的一个非弹性散射，称为布里渊散射。利用这种现象的分布式传感技术称之为基于布里渊散射的分布式传感技术。通常沿光纤分布的温度或者应力发生改变时，将影响到光纤中的布里渊散射信号的频移量；除此之外，其还将对后向布里渊散射光的强度产生影响。在基于布里渊散射的分布式光纤传感器中，在光纤的入射端输入一个经脉冲调制的光信号，当光信号在光纤的传播过程中将产生后向的瑞利散射，布里渊散射，和拉曼散射信号（由于拉曼信号较弱在此系统中被忽略），然后在入射端检测沿光纤长度分布的瑞利散射光，布里渊散射光的强度信息和布里渊相对频移信息来实现对光纤温度和应变的同时测量。由于布里渊散射具有空间分辨率高、传感距离长、测量精度高等优点，其在大型基础工程设施如桥梁、隧道、大坝、电力通信网络、油气管道等的安全监测和故障预警与评估中显示出十分诱人的应用前景。

但是，由于布里渊散射光其光强十分微弱，难以检测，使得BOTDR具有较大的局限性，例如，其可测量距离较短，分辨率不高等缺点。为了提高其测量范围，诸多科学家开始采取使用单光子探测器的测量方案。但是，当前的单光子探测器基本只能工作在同一频率下，而且当前的BOTDR系统具有如下的特性如果提高了测量精度，测量距离就会变短；相反如果想要增加测量距离，必须以降低精度作为代价；这样完全限制了整个系统的性能。如何采取措施，突破这种限制，进一步提升BOTDR的测量距离、分辨率等参数，成为一大难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于近红外单光子探测器的BOTDR测量方法，其实现了人机交互功能，并可以因地制宜调整系统的各项参数，例如调制光脉冲的重复频率、调制脉宽、F-P的扫描周期，使整个系统实现人工智能功能化，现代化，使其在当前的光纤通信领域具有较大的应用前景。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种基于近红外单光子探测器的BOTDR测量方法，其包括以下步骤：

步骤一，利用单光子探测与F-P扫描方法相结合；

步骤二，采用光脉冲信号、F-P扫描干涉驱动信号、单光子探测器触发信号，这三信号同步执行的解决方案；

步骤三，实现同时对光纤温度和应变的同时检测，即通过探测布里渊散射光功率和频移量；

步骤四，获取传感光纤所受的温度和应变信息。

优选地，所述基于近红外单光子探测器的BOTDR测量方法设有一个基于近红外单光子探测器的BOTDR系统，其包括：